大口径望远镜位置跟踪多相电机控制技术研究

The position tracking control system acts as one of the key technology of the future giant telescope.Segmented direct drive control technology is widely used in the tracking control system of the large aperture telescope. Because of technical status and research demands, and based on the 4-meter precision tracking experiment platform, multiphase motor drive control technology are firstly proposed in the position tracking control system.The study will cover: i) research on the simulation model of multiphase permanent magnetic synchronous motor of a large telescope; ii) applied the modern control theory on the drive control system; iii) study on the torque ripple and the fault tolerant control of the multiphase motor; iv) application of simulation results on the 4-meter test platform. It has an important theoretical significance and practical value on the development of future large telescope to build the ultra-low speed, ultra-large inertia and high precision multiphase motor tracking control system.

大口径望远镜位置跟踪技术将是未来望远镜研制中必须解决的关键技术之一，国际上大型望远镜跟踪控制系统大多采用拼接式直接驱动控制，鉴于跟踪系统的技术现状和技术要求，面向我国大口径望远镜跟踪系统的技术需求，基于依托单位4米级精密跟踪试验平台，首次将转矩脉动小、容错能力强的多相电机技术引入望远镜位置跟踪直接驱动控制系统。研究内容主要包括：建立大口径望远镜多相永磁同步电机仿真模型；综合现代控制理论，研究其控制策略；研究拼接多相永磁同步电机转矩脉动；研究多相电机容错控制方式，并将研究结果在此试验平台进行应用研究。建立超低速、大惯量、高精度多相电机精密跟踪控制系统，对未来大口径望远镜的研制具有重要的理论意义和实际应用价值。

大口径望远镜位置跟踪技术将是未来望远镜研制中必须解决的关键技术之一，国际上大型望远镜跟踪控制系统大多采用拼接式直接驱动控制，本项目将转矩脉动小、容错能力强的多相电机技术引入直接驱动控制系统，建立超低速、大惯量、高精度多相电机位置跟踪控制实验系统，对未来大口径望远镜的研制具有重要的理论意义和实际应用价值。.首先研究并设计了一套望远镜位置跟踪多相电机实验平台，根据多相电机和单元电机的实际测量参数，建立多相永磁同步电机仿真模型和单元三相永磁同步电机仿真模型，给出各种仿真曲线和阶跃响应曲线，并研究现代控制理论的自抗扰控制器，仿真结果表明其动态性能指标均优于PI控制器；其次，对多相电机和单元电机的转矩脉动进行仿真对比分析，结果表明：单元电机转矩脉动在4%～8%之间，多相电机转矩脉动在0.5%以下,多相电机可以有效的降低转矩脉动，有利于提高望远镜位置跟踪系统更加平稳，更高精度的控制要求；第三，完成基于DSP和智能功率模块的原理图设计和研制，完善多相永磁同步电机控制软件的各个模块，实现多相电机SVPWM算法；最后，设计了一种运动控制卡、高精度光栅和驱动器的控制方案，实验数据表明：此位置跟踪实验平台满足速度控制范围6°～1"/s，位置跟踪精度远远优于0.15"的设计要求。.多相电机具有容错能力强、转矩脉动小的优点，国内外对其驱动控制技术的研究日益重视，其研究对象多工作在小惯量或中高速状态，本课题基于望远镜跟踪系统对多相电机驱动技术的研究主要集中于低速和超低速领域，为以后中国大口径望远镜的发展储备人才和技术力量。